2016-05-18 674 0
隨著城市化進(jìn)程加快，地下空間的開發(fā)亦是必然趨勢(shì)；大量深基坑工程如雨后春筍般涌現(xiàn)，給巖土工程技術(shù)人員帶來(lái)了機(jī)遇，同時(shí)，也面臨著新的挑戰(zhàn)?；庸こ桃渤尸F(xiàn)以下新特點(diǎn)：
基坑面積大，開挖深度深
由于地下商場(chǎng)、停車等地下空間需求的加大，地下空間最大限度開發(fā)，基坑開挖面積加大；在密集城市中心，由于地下空間有限，須不斷向更深方向發(fā)展方能滿足使用要求，四～五層地下室不斷涌現(xiàn)，基坑開挖深度逐步加深。
周邊環(huán)境復(fù)雜，保護(hù)要求高
新建基坑往往緊鄰已有的高層建筑、保護(hù)性建筑、地鐵、地下構(gòu)筑物等，相鄰地下室距離小于基礎(chǔ)埋深高差的1～2倍范圍內(nèi)，須加強(qiáng)對(duì)基坑變形的控制以確保周邊環(huán)境安全。同時(shí)，城市化發(fā)展帶來(lái)的立體交通設(shè)施也不斷增加，基坑開挖面臨高架、立交橋等市政工程公共交通設(shè)施的保護(hù)，如處理不當(dāng)將給社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。
軟土深基坑不斷涌現(xiàn)
巖土工程在建設(shè)發(fā)展過(guò)程中不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，其發(fā)展從技術(shù)上給一些軟土地區(qū)開發(fā)地下空間提供了技術(shù)保障，軟土深基坑孕育而生。
基于基坑工程新特點(diǎn)，加上巖土工程是一門經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的學(xué)科，從勘察、設(shè)計(jì)、施工到監(jiān)測(cè)需要緊密結(jié)合，處理不當(dāng)將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。近年來(lái)，全國(guó)各地因深基坑開挖引起的工程事故屢見(jiàn)不鮮，給社會(huì)的生產(chǎn)、生活帶來(lái)了較大影響。對(duì)于巖土工程技術(shù)人員，工程經(jīng)驗(yàn)是寶貴的財(cái)富，不斷總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)防事故發(fā)生；特別是對(duì)一些失敗工程的分析、總結(jié)顯得尤為珍貴和重要。
二、 工程概況
2.1 項(xiàng)目概況
新建項(xiàng)目位于昆明市高新區(qū)，其中東、南、北三側(cè)為市政道路，西側(cè)為密集建筑物，屬舊城改造項(xiàng)目。工程整體設(shè)二層地下室，場(chǎng)地現(xiàn)狀地面高差2.8m，呈東高西低，東南角為最高點(diǎn)，西南角為最低點(diǎn)；地面標(biāo)高變化及局部主樓深度加深等形成基坑開挖深度為7.9～11.0m。
場(chǎng)地東側(cè)為城市交通主干道，并設(shè)有高架橋，地下室與道路基本平行?；觾?nèi)邊線距道路邊線約20.0m，距高架橋橋墩約30.0m；南側(cè)亦為城市交通主干道，道路寬約33.0m，設(shè)有高架立交橋，高架橋距基坑內(nèi)邊線42.0m；北側(cè)緊鄰市政道路，道路寬約7.4m，基坑內(nèi)邊線距道路邊線為2.0m；西側(cè)北段分布有多棟三層的框架結(jié)構(gòu)建筑物，基礎(chǔ)型式為振動(dòng)沉管灌注樁基礎(chǔ)，距基坑內(nèi)邊線為4.6m；西側(cè)南段距基坑邊2m為一層的磚結(jié)構(gòu)，寬8.6m，緊接為一層輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)的農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，距基坑邊20.0m分布五棟7層磚混結(jié)構(gòu)建筑物，基礎(chǔ)型式為振動(dòng)沉管灌注樁基礎(chǔ)，建筑物均平行于基坑布置。
2.2 地質(zhì)概況
根據(jù)基坑設(shè)計(jì)施工圖中描述，場(chǎng)地地貌處于昆明滇池湖積盆地，揭露地基土主要為第四紀(jì)沖、湖積淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉土、粉砂、礫砂層。上部20.0m范圍主要分布①～④大層軟～流塑狀粘土與淤泥質(zhì)粘土，局部夾粉土、礫砂透鏡體，土層性質(zhì)差，具體各土層物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)下表。
2.3 水文概況
地下水埋深約2.0m，地下水類型主要為填土中孔隙型潛水及粉土、粉砂層中的微承壓孔隙水，補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水及生活用水，雖具微承壓性，承壓水頭高度較小，故仍作為潛水考慮。土層的平均綜合滲透系數(shù)為0.03m/d。
2.4 基坑設(shè)計(jì)方案概況
基坑開挖深度7.9～11.0m，周邊環(huán)境較復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，地下水位高，支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞后果嚴(yán)重，屬軟土區(qū)一級(jí)深基坑工程。支護(hù)方案采用：“Ф900（1000）排樁+二～四層預(yù)應(yīng)力錨索”樁錨支護(hù)體系，樁頂以上有空間時(shí)采取放坡，放坡高度不大于3.0m；局部位置采用：“雙排樁+一～二層預(yù)應(yīng)力錨索”聯(lián)合支護(hù)體系。
止水帷幕采用：“支護(hù)樁間設(shè)置Ф700@500的雙管高壓旋噴樁與支護(hù)樁搭接形成單層截水帷幕”，旋噴樁的布置平行于支護(hù)樁軸線向基坑外偏移，帷幕嵌固深度大于10.0m，且帷幕進(jìn)入⑤層粘土，形成封閉式帷幕。
典型剖面圖
三、 事故發(fā)生
2012年11月29日，項(xiàng)目西側(cè)南段臨農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)位置基坑發(fā)生垮塌，垮塌段長(zhǎng)度達(dá)100m，支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建筑物、周邊土體均發(fā)生不同程度破壞，造成了嚴(yán)重的安全事故，事故現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)下圖。
近照
遠(yuǎn)照
基坑西側(cè)垮塌部位擬開挖深度為7.9m，支護(hù)方案采用“Ф900@1800旋挖支護(hù)樁+二層Ф300直徑擴(kuò)孔預(yù)應(yīng)力錨索” 。支護(hù)樁嵌固深度11.0m。第一層預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置于冠梁下2.7m，水平間距為1.8m，錨索總長(zhǎng)18.0m，自由段長(zhǎng)8.0m，錨索預(yù)應(yīng)力為150KN。第二排預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置于冠梁下5.2m，水平間距1.8m，錨索總長(zhǎng)18.0m，自由段長(zhǎng)8.0m，錨索預(yù)應(yīng)力為220KN。
事故發(fā)生時(shí)基坑開挖工況：當(dāng)完成第一層錨索張拉鎖定后，在進(jìn)行第二層預(yù)應(yīng)力錨索施工工況工作面土方開挖時(shí)（為分段開挖），開挖深度至6.0m，即第二排錨索標(biāo)高下0.8m，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大，位移不收斂導(dǎo)致基坑垮塌。
事故發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況：支護(hù)樁整體向基坑內(nèi)傾覆，經(jīng)檢查支護(hù)樁樁身未發(fā)生剪切破壞，由于錨索拉拔失效，造成基坑坍塌。緊鄰基坑邊的單層磚砌體建筑物向基坑內(nèi)位移并整體下沉，最大下沉量達(dá)2.1m。距離基坑邊約13m周邊土體發(fā)生滑動(dòng)，地面開裂并下沉。支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)照片及基坑破壞簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)下圖。
支護(hù)結(jié)構(gòu)近照
周邊環(huán)境近照
基坑支護(hù)破壞簡(jiǎn)圖
四、 事故分析
事故發(fā)生后，立即對(duì)基坑垮塌段進(jìn)行反壓回填，其他相鄰位置回填至-3.0m，并組織專家組進(jìn)行調(diào)查。建設(shè)單位另委托勘察單位對(duì)場(chǎng)地重新勘察，對(duì)支護(hù)樁樁長(zhǎng)及樁身質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并抽取12根預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行抗拔承載力試驗(yàn)。
根據(jù)現(xiàn)有的“基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工圖”、“垮塌段設(shè)計(jì)計(jì)算書”、“第三方監(jiān)測(cè)報(bào)告”、“支護(hù)樁低應(yīng)變檢測(cè)中間成果”、“錨索檢測(cè)中間結(jié)果”、“基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工圖評(píng)審意見(jiàn)”及事故發(fā)生后，重新勘察提供的勘察報(bào)告，對(duì)基坑坍塌段進(jìn)行反復(fù)復(fù)核驗(yàn)算，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)從基坑工程主要涉及的勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)四大部分對(duì)事故進(jìn)行分析、總結(jié)。
勘察：
工程勘察目的為探明不良地質(zhì)及水文條件，各土層的分布情況，并結(jié)合室內(nèi)、原位試驗(yàn)手段提供各土層物理力學(xué)參數(shù)；其提供的參數(shù)是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的主要參照依據(jù)，一定程度決定著基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的成敗。經(jīng)對(duì)比兩版勘察報(bào)告提供的各土層物理力學(xué)指標(biāo)，兩次勘察所得結(jié)果差異較大。
注：1 由于兩版勘察由不同單位完成，土層編號(hào)上有所差異，此表結(jié)合土層分布及性質(zhì)進(jìn)行歸并以便對(duì)比。
2 三軸剪切試驗(yàn)第一版為不固結(jié)不排水剪，第二版為固結(jié)不排水剪指標(biāo)。
3 括號(hào)外為第一版勘察數(shù)據(jù)，括號(hào)內(nèi)為第二版勘察數(shù)據(jù)。
兩版勘察對(duì)比分析，土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)差異較大，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，分析可能出現(xiàn)的工況，并采用兩版參數(shù)組合模擬計(jì)算分析。計(jì)算工況圖詳見(jiàn)如圖5、圖6，驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比表詳見(jiàn)表。
第一版勘察參數(shù)計(jì)算成果圖 第二版勘察參數(shù)計(jì)算成果圖
計(jì)算工況圖（考慮錨索有效）
第一版勘察參數(shù)計(jì)算成果圖 第二版勘察參數(shù)計(jì)算成果圖
計(jì)算工況圖（考慮錨索失效）
注：此驗(yàn)算為基坑坍塌工況，即基坑開挖至6.0m時(shí)的工況。采用兩版勘察所得參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，并考慮錨索有效與錨索失效。
驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比表
設(shè)計(jì)：
根據(jù)收集的計(jì)算書及設(shè)計(jì)施工圖紙，結(jié)合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）、《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）等相關(guān)規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)，分析本次事故，認(rèn)為設(shè)計(jì)中存在以下原因：
周邊超載取值與實(shí)際不符
周邊環(huán)境條件是基坑設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，特別是周邊建筑物荷載作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果影響較大。設(shè)計(jì)圖紙未準(zhǔn)確反映基坑周邊環(huán)境，計(jì)算書中僅考慮一個(gè)距基坑邊7.0m，作用寬度8.0m，深度2.0m的30kpa超載。而現(xiàn)場(chǎng)距離基坑邊線僅2.0m存在一單層磚砌體結(jié)構(gòu)，距離基坑邊30m有一市政道路，其荷載值均未考慮，作用深度取2.0m計(jì)算偏于不安全；且基坑邊20m存在7層建筑物，在軟土基坑中未考慮其荷載的影響欠妥。
土層參數(shù)取值不合理
本項(xiàng)目地基土以湖積相沉積層為主，基坑上部20.0m范圍內(nèi)土層分布以欠固結(jié)、軟～流塑狀的飽和軟粘土和泥炭質(zhì)土（泥炭質(zhì)粘土）為主；按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）規(guī)定，飽和軟土層宜取三軸不固結(jié)不排水剪切指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。而本設(shè)計(jì)中按直剪固結(jié)快剪值的0.85倍選取，例如第④軟～流塑狀粘土三軸不固結(jié)不排水指標(biāo)為Cuu=14.85kpa，φuu=2.213°，而取直剪固結(jié)快剪的0.85倍C=28.02kpa，φ=7.87°，取值較高。設(shè)計(jì)單位應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試指標(biāo)分析巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，存在疑問(wèn)時(shí)應(yīng)充分與勘察單位溝通，不得盲目選取。
錨索錨固土層不合理
該坍塌段的設(shè)計(jì)施工圖中，采用了兩排預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計(jì)角度分別采用10°和15°，錨固段均為10.0m，第一層錨索錨固段土層為③軟～流塑狀淤泥質(zhì)粘土和③1層軟塑粘土，該軟土層中錨固力基本為零。規(guī)范規(guī)定錨固段不宜設(shè)置在該類土層中。
施工：
基坑施工進(jìn)一步驗(yàn)證勘察、設(shè)計(jì)與實(shí)際是否相符，基坑開挖復(fù)核地質(zhì)條件與勘察的吻合情況，一些參數(shù)需要試驗(yàn)性施工來(lái)驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求。
錨索基本試驗(yàn)
工程錨索施工前應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)確定特定地質(zhì)條件、施工工藝下錨固體與土體之間的粘結(jié)強(qiáng)度和變形。特別是本項(xiàng)目采用了機(jī)械擴(kuò)孔或水泥漿旋噴壓力擴(kuò)孔的特殊成孔新工藝，同時(shí)錨索錨固段設(shè)置在軟土層中，更應(yīng)通過(guò)基本試驗(yàn)確定施工工藝的適用性及錨索極限承載力。
重要工序檢驗(yàn)
施工過(guò)程的質(zhì)量檢驗(yàn)是確保工程安全的重要環(huán)節(jié)，但是在實(shí)際工程中往往沒(méi)有引起重視，尤其是在基坑工程類似的臨時(shí)性工程中，因其工程使用期較短，地下室施工完畢后便完成使命，且其竣工資料不需要在檔案館備案，從管理上留下隱患。
對(duì)于基坑工程穩(wěn)定性起決定性的支護(hù)樁樁長(zhǎng)檢測(cè)，亦是在事故發(fā)生后檢測(cè)，根據(jù)支護(hù)樁低應(yīng)變抽檢檢測(cè)結(jié)果，部分樁長(zhǎng)未達(dá)設(shè)計(jì)要求。
規(guī)范及設(shè)計(jì)中明確要求，上一道工序未檢測(cè)合格時(shí)，不得進(jìn)入下一道工序施工。由于本項(xiàng)目基坑坍塌發(fā)生在第二層錨索施工面開挖工況，第一層錨索未驗(yàn)收，無(wú)法判斷其承載力是否滿足要求，給事故埋下伏筆，且對(duì)事故從技術(shù)角度分析和總結(jié)留下疑問(wèn)。
監(jiān)測(cè)：
鑒于基坑工程不確定因素多，在工程使用過(guò)程中與設(shè)計(jì)工況存在一定差異，信息化施工是確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全的主要內(nèi)容，而監(jiān)測(cè)是信息化施工的重要手段。多數(shù)基坑發(fā)生事故前是有預(yù)兆的，通過(guò)嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)，變形超標(biāo)即應(yīng)報(bào)警，及時(shí)調(diào)整方案以預(yù)防事故發(fā)生。
監(jiān)測(cè)報(bào)警不及時(shí)
根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，事故發(fā)生前2天垮塌部位多個(gè)樁頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平及豎向位移值突然增大，當(dāng)期樁頂水平位移量最大11.9mm，累計(jì)位移量最大達(dá)16.5mm，最大變化速率為2mm/d，達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)報(bào)警值。雖累計(jì)位移值未達(dá)報(bào)警值，但變化速率已達(dá)報(bào)警值，監(jiān)測(cè)報(bào)告未反映及分析各點(diǎn)位變化速率，兩大報(bào)警系統(tǒng)僅分析累計(jì)值不全面，同時(shí)，未及時(shí)提出危險(xiǎn)報(bào)警。事故前的監(jiān)測(cè)曲線如下圖：
基坑位移曲線圖
基坑位移變化速率曲線圖
上述曲線4-7#監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于基坑垮塌區(qū)域，1-3#和8-11#為兩側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。從位移量及速率曲線表明，在基坑事故發(fā)生前位移量及速率曲線均出現(xiàn)陡變。
監(jiān)測(cè)頻率與施工工況結(jié)合不緊密
監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)施工工況的變化確定，應(yīng)能反映基坑的重要變化過(guò)程。特別是土方開挖工況前后必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而本項(xiàng)目按一周監(jiān)測(cè)1～2次顯然不能及時(shí)反映基坑工況變化的過(guò)程，針對(duì)性不強(qiáng)。規(guī)范中明確當(dāng)發(fā)生位移量突然增大時(shí)，應(yīng)對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行連續(xù)加密監(jiān)測(cè)，直至連續(xù)三天的監(jiān)測(cè)數(shù)值穩(wěn)定，如位移不收斂則及時(shí)報(bào)警并采取措施。本項(xiàng)目事故發(fā)生前出現(xiàn)異常，但未跟蹤監(jiān)測(cè)。
監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)方法
基坑西側(cè)單層磚砌體建筑物距基坑邊僅2.0m，屬基坑開挖影響范圍內(nèi)建筑物，按規(guī)范要求須進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而監(jiān)測(cè)中未含此內(nèi)容。監(jiān)測(cè)方案關(guān)于支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，支護(hù)樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為18.83m，而測(cè)斜管埋設(shè)深度僅為9.5m，規(guī)范要求測(cè)斜管深度不應(yīng)小于支護(hù)樁的深度，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在缺陷，無(wú)法為事故分析提供全面參考數(shù)據(jù)。
五、 綜述
通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目事故分析，基坑工程中勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)是緊密結(jié)合的，在建設(shè)工程中應(yīng)嚴(yán)格把控各階段成果，并通過(guò)信息化監(jiān)測(cè)手段預(yù)防事故發(fā)生。
土層物理力學(xué)指標(biāo)是基坑設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，在進(jìn)行工程勘察時(shí)要細(xì)致，加強(qiáng)原狀土樣保護(hù)，確保提供參數(shù)的可靠性；設(shè)計(jì)過(guò)程中使用時(shí)須綜合室內(nèi)、原位試驗(yàn)等多項(xiàng)成果數(shù)據(jù)判斷取值合理性，切勿盲目采用。
錨索做為支護(hù)結(jié)構(gòu)中抵抗土壓力的重要構(gòu)件，其參數(shù)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)基坑施工的成敗起著關(guān)鍵作用。當(dāng)錨索設(shè)置在復(fù)雜地質(zhì)條件中或采用特殊施工工藝，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性，同時(shí)，施工前進(jìn)行基本試驗(yàn)驗(yàn)證其設(shè)計(jì)承載力。施工過(guò)程中按要求組織驗(yàn)收試驗(yàn)。
信息化監(jiān)測(cè)可及時(shí)反映深基坑工作變形數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，查找變形原因，起到預(yù)報(bào)、預(yù)防基坑失事的作用。，監(jiān)測(cè)方案應(yīng)充分結(jié)合支護(hù)方案及周邊環(huán)境，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置有針對(duì)性，監(jiān)測(cè)頻率要結(jié)合施工工況且能反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的重要變化。
經(jīng)兩版勘察參數(shù)對(duì)比驗(yàn)算，計(jì)算變形量遠(yuǎn)小于實(shí)際監(jiān)測(cè)。在深厚軟土層中被動(dòng)區(qū)抗力較小，且需要較大的被動(dòng)變形才能有效發(fā)揮，建議對(duì)軟土層中被動(dòng)區(qū)抗力進(jìn)行折減。
（ 本文摘自2016海峽兩岸巖土工程/地工技術(shù)交流研討會(huì)分會(huì)場(chǎng)報(bào)告，報(bào)告人：孔繼東）
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